专利名称：高功率高转矩步进电机的制作方法
技术领域：
本发明涉及利用磁场与通电而产生转动的步进电机，特别涉及一种高 功率高转矩步进电机。
背景技术：
步进电机是利用电场、磁场、动作或力矩的交互作用而运作，而电场 的产生是利用电流通过磁场内线圈时产生，电场与步进电机的性能有绝对 关系，采用改变通过线圈的电流量或调整外围的电磁场强度可控制步进电 机转动的速度，但如何在不改变电流量与步进电机原有基本架构下，增加 步进电机的性能是已有技术中的空缺。
步进电机的应用范围广泛，而步进电机的优劣是取决于输入的功率与 输出的效率比，目前步进电机均具有一个定子，在该定子内设有一个转子， 其中，定子具有定子外径，定子外径内设有磁场空间，磁场空间周缘间隔 设置有数个定子磁极，转子在定子磁极的内周缘配合转动，定子磁极上绕 设有线圈，电场是利用线圈通过电流后产生，定子磁极上绕设线圈的方式 与所产生的电磁场强度有关，不同的绕设线圈方式影响步进电机的性能。
目前步进电机上定子磁极所绕设的线圈方式没有特定的原理，绕设方 式的组合排列方式众多，现有技术中步进电机上定子磁极所绕设线圈的方 式完全是以方便巻绕加工为优先考虑，并未将步进电机的最佳效能发挥出， 因此铜损与铁损质大，影响步进电机的输出功率。如已有技术中的一种线圈方式，A相绕线组系以第一定子磁极先正转 圈绕，绕往第三定子磁极改为逆转，再依序往第五、七定子磁极后又以正 转方向圈绕，B相绕线组则系以第二定子磁极正转圈绕，往第四定子磁极 改为逆转，再往第六、八定子磁极后又同时以正转圈绕，该得到的绕组因 子为0. 353，该种线圈方式的步进电机效率低。
已有技术中的另一种线圈方式，A相绕线组系以正转方式依序圈绕第 一定子磁极、第三定子磁极、第五定子磁极、第七定子磁极，B相绕线组 系以正转方式依序圈绕第二定子磁极、第四定子磁极、第六定子磁极、第 八定子磁极，该得到的绕组因子为0. 5，这种线圈方式的步进电机效率仅略 微增加。
在已有技术中还有另外一种线圈方式，A相绕线组以第一定子磁极正 转圈绕，绕往第三定子磁极改为逆转，再依序往第五定子磁极、第八定子 磁极以正转圈绕，B相绕线组则以第二定子磁极正转圈绕，绕往第四定子 磁极改为逆转，再依序往第六定子磁极、第七定子磁极改以正转圈绕，这 种线圈方式得到的绕组因子为0. 559，该种线圈方式的步进电机效率仅略微 增加。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种高功率高转矩步进电机，能够 在不改变电流量与步进电机原有基本架构下，增加步进电机的性能，特别 是将线圈以最佳效能方式配线巻绕使其改变绕组因子及输出反应电动势， 而达到最佳步进电机输出效能。为解决上述技术问题，本发明高功率高转矩步进电机的技术方案是， 所述的步进电机包含有定子及设在定子内的转子，其中，定子内部周缘 间隔设有八个定子磁极，这些定子磁极上有一个A相绕线组及一B个相绕 线组巻绕，A相绕线组是依序巻绕在第一定子磁极、第三定子磁极、第五 定子磁极及第七定子磁极上，并且所述的A相绕线组巻绕在第一定子磁极 以一方向巻绕，A相绕线组在第三定子磁极上以与A相绕线组在第一定子 磁极上相反的方向巻绕，A相绕线组在第五定子磁极上以与A相绕线组在 第一定子磁极上相同的方向巻绕，最后A相绕线组在第七定子磁极上以与 A相绕线组在第一定子磁极上相反方向巻绕，B相绕线组是依序巻绕在第 二定子磁极、第四定子磁极、第六定子磁极及第八定子磁极上，且B相绕 线组巻绕在第二定子磁极是以一方向巻绕，B相绕线组在第四定子磁极上 以与B相绕线组在第二定子磁极上相反的方向巻绕，B相绕线组在第六定 子磁极上以与B相绕组线在第二定子磁极上以同一方向巻绕，最后B相绕 线组在第八定子磁极上以与B相绕线组在第二定子磁极上相反方向巻绕， 且步进电机缠绕A相绕线组与B相绕线组后的绕组因子为0. 6至0. 8之间。
本发明的高功率高转矩步进电机，将步进电机定子的八个定子磁极以 A相绕线组及B相绕线组通过特定的顺序与方法巻绕，增加绕组因子使磁
场空间内的电磁场强度提升，并改变反应电动势大小。因此，本发明能通 过相同的输入功率，得到更高的输出功率，大大提升步进电机的工作效率。
下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细的说明图1为本发明步进电机定子磁极的配线与巻绕方法示意图2为本发明步进电机的定子磁极以A相绕线组配线与巻绕方法示意
图3为本发明步进电机的定子磁极以B相绕线组配线与巻绕方法示意图。
图中附图标记中，定子为10;磁场空间为ll;转子为20;第一定子磁 极为121;第二定子磁极为122;第三定子磁极为123;第四定子磁极为124; 第五定子磁极为125;第六定子磁极为126;第七定子磁极为127;第八定
子磁极为128; A相绕线组为30; B相绕线组为40。
具体实施例方式
如图1所示，步进电机的定子IO，该定子IO内设有转子20配合产生 转动，其中，该定子10内部设有磁场空间11,该磁场空间ll周缘并间隔 设置有八个定子磁极121、 122、 123、 124、 125、 126、 127及128,这八个 定子磁极分别为第一定子磁极121、第二定子磁极122、第三定子磁极123、 第四定子磁极124、第五定子磁极125、第六定子磁极126、第七定子磁极 127及第八定子磁极128,该些定子磁极121、 122、 123、 124、 125、 126、 127及128配合巻绕有A相绕线组30及B相绕线组40。
A相绕线组30是依序巻绕在第一定子磁极121、第三定子磁极123、 第五定子磁极125及第七定子磁极127上，如图2所示，当A相绕线组30 巻绕过第一定子磁极121时是以逆时针方向巻绕的，而A相绕线组30延伸 到第三定子磁极123则是以顺时针方向巻绕，当A相绕线组30延伸到第五定子磁极125是以逆时针方向巻绕，最后当A相绕线组30延伸到第七定子 磁极127是以顺时针方向巻绕，而B相绕线组40是依序巻绕在第二定子磁 极122、第四定子磁极124、第六定子磁极126及第八定子磁极128上，如 图3所示，当B相绕线组40巻绕过第二定子磁极122时是以逆时针方向巻 绕，而B相绕线组40延伸到第四定子磁极124是以顺时针方向巻绕，B相 绕线组40延伸到第六定子磁极126是以逆时针方向巻绕，最后B相绕线组 40延伸到第八定子磁极128是以顺时针方向巻绕。
步进电机的该定子10的八个定子磁极121、 122、 123、 124、 125、 126、 127及128以A相绕线组30及B相绕线组40通过前述顺序与方法巻绕，有 利于增加磁场空间ll内的电磁场强度，能得到高效率与高转矩，以提升步 进电机之效能，且步进电机缠绕A相绕线组30与B相绕线组40后的绕组 因子为0.6至0.8之间，其中绕组因子使用以0.707为最佳，该绕组因子 为步进电机的分布因子乘以节距因子而得。
A相绕线组30是依序巻绕第一定子磁极121、第三定子磁极123、第 五定子磁极125及第七定子磁极127， B相绕线组40是依序巻绕第二定子 磁极122、第四定子磁极124、第六定子磁极126及第八定子磁极128;第 一定子磁极121、第二定子磁极122、第五定子磁极125及第六定子磁极126 为逆时针方向巻绕，该第三定子磁极123、第四定子磁极124、第七定子磁 极127及第八定子磁极128为顺时针方向巻绕。
其中，第一定子磁极121、第二定子磁极122、第五定子磁极125及第 六定子磁极126亦能为顺时针方向巻绕，相对第三定子磁极123、第四定子磁极124、第七定子磁极127及第八定子磁极128则以相反的逆时针方向巻 绕，这样可以同样起到增大步进电机工作效率的作用。
本发明步进电机的定子10的八个定子磁极121、 122、 123、 124、 125、 126、 127及128，以A相绕线组30依序巻绕第一定子磁极121、第三定子 磁极123、第五定子磁极125及第七定子磁极127，及以B相绕线组40依 序巻绕第二定子磁极122、第四定子磁极124、第六定子磁极126及第八定 子磁极128;第一定子磁极121、第二定子磁极122、第五定子磁极125及 第六定子磁极126为同一方向巻绕，第三定子磁极123、第四定子磁极124、 第七定子磁极127及第八定子磁极128为相逆方向巻绕，通过上述的绕线 顺序和绕线的方式，本发明能够增加绕组因子使磁场空间11内的电磁场强 度提升，并改变反应电动势大小，以得到高效率与高转矩的步进电机效能， 且不需要改变输入电流量与步进电机原有的基本架构，兼具幵发成本低与 制程容易的优点。
权利要求
1.一种高功率高转矩步进电机，所述的步进电机包含有定子及设在定子内的转子，其中，定子内部周缘间隔设有八个定子磁极，这些定子磁极上有一个A相绕线组及一B个相绕线组卷绕，其特征在于A相绕线组是依序卷绕在第一定子磁极、第三定子磁极、第五定子磁极及第七定子磁极上，并且所述的A相绕线组卷绕在第一定子磁极以一方向卷绕，A相绕线组在第三定子磁极上以与A相绕线组在第一定子磁极上相反的方向卷绕，A相绕线组在第五定子磁极上以与A相绕线组在第一定子磁极上相同的方向卷绕，最后A相绕线组在第七定子磁极上以与A相绕线组在第一定子磁极上相反方向卷绕，B相绕线组是依序卷绕在第二定子磁极、第四定子磁极、第六定子磁极及第八定子磁极上，且B相绕线组卷绕在第二定子磁极是以一方向卷绕，B相绕线组在第四定子磁极上以与B相绕线组在第二定子磁极上相反的方向卷绕，B相绕线组在第六定子磁极上以与B相绕组线在第二定子磁极上以同一方向卷绕，最后B相绕线组在第八定子磁极上以与B相绕线组在第二定子磁极上相反方向卷绕，且步进电机缠绕A相绕线组与B相绕线组后的绕组因子为0.6至0.8之间。
2. 根据权利要求1所述的高功率高转矩步进电机，其特征在于，A相 绕线组巻绕在第一定子磁极与第五定子磁极为顺时针方向，A相绕线组巻 绕在第三定子磁极与第七定子磁极为逆时针方向，B相绕线组巻绕在第二 定子磁极与第六定子磁极为顺时针方向，B相绕线组巻绕在第四定子磁极 与第八定子磁极为逆时针方向。
3. 根据权利要求1所述的高功率高转矩步进电机，其特征在于，A相绕线组巻绕在第一定子磁极与第五定子磁极为逆时针方向，A相绕线组巻 绕在第三定子磁极与第七定子磁极为顺时针方向，B相绕线组巻绕在第二 定子磁极与第六定子磁极为逆时针方向，该B相绕线组巻绕在第四定子磁 极与该八定子磁极为顺时针方向。
4.根据权利要求1所述的高功率高转矩步进电机，其特征在于，绕组 因子为0. 707。
全文摘要
本发明公开了一种高功率高转矩步进电机，将步进电机的定子上的第一定子磁极、第二定子磁极、第三定子磁极、第四定子磁极、第五定子磁极、第六定子磁极、第七定子磁极及第八定子磁极，以A相绕线组依序卷绕第一定子磁极、第三定子磁极、第五定子磁极及第七定子磁极，再以B相绕线组依序卷绕第二定子磁极、第四定子磁极、第六定子磁极及第八定子磁极，且第一定子磁极、第二定子磁极、第五定子磁极及第六定子磁极为相同方向卷绕，第三定子磁极、第四定子磁极、第七定子磁极及第八定子磁极为相逆方向卷绕。本发明能够在不改变电流量与步进电机原有基本架构下，增加步进电机的性能。
文档编号H02K3/28GK101685992SQ200810166320
公开日2010年3月31日 申请日期2008年9月22日 优先权日2008年9月22日
发明者张家铭, 江新安 申请人:大银微系统股份有限公司